Non-destructive evaluation and modelling of unidirectional carbon fiber composite ropes

Tutkimustuotos

Tutkijat

Organisaatiot

Kuvaus

Tässä väitöskirjassa esitetään hiilikuitukomposiitista valmistetun köyden kunnonvalvontajärjestelmän periaatteet. Järjestelmä perustuu käytön aikaiseen rikkomattomaan tarkastukseen, joka jaettiin viiteen osa-alueeseen: havaitseminen, paikallistaminen, karakterisointi, päätöksenteko ja ennustaminen.Kaupalliset pyörrevirtaluotaimet eivät kyenneet havaitsemaan kuitukatkoja ja siksi kehitettiin uusi luotain, joka on optimoitu yhdensuuntaiselle hiilikuitukomposiitille ja on herkkä havaitsemaan paikallisia muutoksia sähkönjohtavuudessa. Luotaimen kyky paikallistaa vikoja suurella tarkastusnopeudella osoitettiin kenttäolosuhteissa. Kosketukseton ja suurella nopeudella tapahtuva tarkastus on välttämätöntä käytön aikaista tarkastusta ajatellen, eikä vastaavaa ole aikaisemmin julkaistu. Havaitun ja paikallistetun vian karakterisointi suoritetaan röntgensäteiden avulla. Tässä työssä osoitettiin laminografian olevan paras vaihtoehto muihin röntgentarkastumenetelmiin verrattuna. Se mahdollistaa yksinkertaisemman laitteiston kuin röntgentomografia, mutta tarjoaa kolmiulotteista tietoa viasta, toisin kuin perinteinen digitaalinen radiografia. Järjestelmällä havaittiin ohuita delaminaatioita useassa eri orientaatiossa, mikä on yleisesti ottaen hankala vauriotyyppi röntgentarkastukselle. Kun havaittu ja paikallistettu vika on karakterisoitu, voidaan päättää tarvittavista toimenpiteistä. Päätöksenteko on erityisen vaikeaa kuitukomposiittien tapauksessa, sillä vauriotyyppejä on useita ja ne voivat olla jakautuneita laajalle alueelle. Tässä työssä esitetään mallinnukseen pohjautuva lähestymistapa, jolla arvioidaan vaurion vaikutuksia. Mallinnus perustuu mikromekaaniseen kolmiulotteiseen elementtimenetelmään, jonka lähtökohdat ovat mikrorakenne ja materiaaliominaisuudet. Lähtökohdat on syytä tuntea tarkkaan, sillä esitetty lähestymistapa ei käytä kalliisiin ja aikaavieviin mittauksiin perustuvia käänteisiä menetelmiä tai kalibrointia, kuten useimmat muut moniskaalamallit. Mikrorakenne onnistuttiin verkottamaan suoraan mikrorakennekuvista, mutta materiaaliominaisuuksien selvittämiseen käytetty nanoindentaatio osoittautui epäluotettavaksi erittäin paikallisen kuormitustapansa takia. Mallinnustulokset vastasivat koetuloksia ja osoittivat esimerkkinä käytetyn hartsirikkaan alueen vaikutuksen lujuuteen venymäkeskittymien muodossa. Jäljellä olevan käyttöiän ennustaminen vaatii jatkotutkimusta.

Yksityiskohdat

AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-8720-7
Sähköinen ISBN978-952-60-8721-4
TilaJulkaistu - 2019
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • hiilikuitu, rikkomaton tarkastus, mallinnus

ID: 38797369